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  1. 前言
  2. IP路由基础
    1. 路由表
    2. 路由获取方式(路由条目生成)
    3. 最优路由条目优选
    4. 路由转发
  • 静态路由
    1. 使用场景:
    2. 静态路由配置
    3. 缺省路由(默认路由)
    4. 动态路由分类
    5. 路由高级特性
      1. 路由递归:
      2. 等价路由:
      3. 浮动路由(备份路由)
      4. CIDR(路由汇总):无类域间路由
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    网络工程-HCIA课程(三)路由基础与静态路由

    前言

    在一个典型的数据通信网络中,往往存在多个不同的IP网段,数据在不同的IP网段之间交互是需要借助三层设备的,这些设备具备路由能力,能够实现数据的跨网段转发。

    路由是数据通信网络中最基本的要素。路由信息是指导报文转发的路径信息,路由过程就是报文转发的过程。

    常见误区:

    • 路由器隔离广播域和冲突域,交换机只能隔离冲突域


    IP路由基础

    背景:

    • IP地址唯一标识了网络中的一个节点,每个IP地址都拥有自己的网段,各个网段可能分布在网络的不同区域。
    • 为实现IP寻址,分布在不同区域的网段之间要能够相互通信。


    路由:

    • 路由是指导报文转发的路径信息,通过路由可以确认转发IP报文的路径。
    • 路由设备是依据路由转发报文到目的网段的网络设备,最常见的路由设备:路由器。
    • 路由设备维护着一张路由表,保存着路由信息。
    • 路由器根据数据包的目的IP地址查找路由表进行转发。


    路由中包含以下信息:

    • 目的网络:标识目的网段
    • 掩码:与目的地址共同标识一个网段
    • 出接口:数据包被路由后离开本路由器的接口
    • 下一跳:路由器转发到达目的网段的数据包所使用的下一跳地址


    路由表

    • 路由器通过各种方式发现路由
    • 路由器选择最优的路由条目放入路由表中
    • 路由表指导设备对IP报文的转发
    • 路由器通过对路由表的管理实现对路径信息的管理


    查看IP路由表:

    [R1]display  ip interface  brief       //查看哪些接口配置了IP地址
    [R1]display ip routing-table //查看IP路由表
    1. Destination/Mask:网络地址/网络前缀 +掩码=目的路由

    2. Protocal:协议,表示该条路由通过什么协议(方式)获取到:
      Direct 直连协议
      Static 静态
      ospf 链路状态路由协议
      isis
      bgp

    3. Preference:优先级,表示该条路由的可靠性,范围0-255,数值越小,表示可靠性越好,也就表示该条路由越优
      Direct 直连协议 优先级为0
      Static 静态 优先级60
      OSPF 优先级10
      ISIS 优先级 15
      BGP 优先级 255
      RIP 优先级100

    4. Cost:度量值,开销,数值越小越好

    5. NextHop:下一跳,去往目的地址的下一个IP地址

    6. Interface:表示该设备从该接口可以出去到达下一跳



    路由获取方式(路由条目生成)

    直连 Direct:
    管理员在设备接口配置IP地址,直接生成的路由



    静态 Static:
    由管理手工配置的路由
    无法自动感应网络拓扑变化



    动态路由协议(OSPF/isis/BGP/rip):
    管理员在设备配置了对应协议,设备自动获取的路由
    能够自动感应网络拓扑变化



    最优路由条目优选

    针对同一条路由来说,路由表中只会浮现一条最优路由

    1. 先比较优先级,数值越小越优先级
    2. 优先级相同,再比较cost,数值越小越优先级
    3. 如果优先级和开销都一样,则该条路由以负载的形式存在路由表中


    注意:相同协议才会比较优先级,优先级相同,再去比较开销,不同协议,只要是同一条路由,优先级相同,直接负载,不再比较开销



    路由转发

    最长掩码匹配:
    当路由器收到一个IP数据包时,会将数据包的目的IP地址与自己本地路由表中的所有路由表项进行逐位(Bit-By-Bit)比对,直到找到匹配度最长的条目,这就是最长前缀匹配机制。

    示例1:

    • 根据最长匹配原则进行匹配,能够匹配192.168.2.2的路由存在两条,但是路由的掩码长度中,一个为16 bit,另一个为24 bit,掩码长度为24 bit的路由满足最长匹配原则,因此被选择来指导发往192.168.2.2的报文转发。


    示例2:

    • 根据最长匹配原则匹配,能够匹配到192.168.3.2的路由只有一条,此路由为最终转发依据。




    静态路由



    使用场景:

    • 静态路由由网络管理员手动配置,配置方便,对系统要求低,适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。

    • 用于网关出口配置默认路由

    • 当设备不支持动态路由协议

    • 缺点是不能自动适应网络拓扑的变化,需要人工干预。



    静态路由配置

    [R2]ip route-static 4.4.4.0 24 g0/0/1 10.1.123.3
    //R2去往4.4.4.0/24的目的地址,从g0/0/1接口出去,下一跳先到达10.1.123.3 (紫色线路)

    [R3]ip route-static 4.4.4.0 24 e0/0/0 10.1.34.4
    //R3去往4.4.4.0/24的目的地址,从e0/0/0接口出去,下一跳先到达10.1.34.4 (紫色线路)

    [R4]ip route-static 10.1.123.0 24 e0/0/1 10.1.34.3
    //R4去往10.1.123.0/24的目的地址,从e0/0/1接口出去,下一跳先到达10.1.34.3 (红色线路)

    标配写法:
    [R5]ip route-static 4.4.4.0 24 s0/0/2 10.1.45.4
    //ip route-static + 网络地址 + 掩码 + 出接口 + 下一跳IP

    简洁写法:(串行链路中)
    [R5]ip route-static 4.4.4.0 24 s0/0/2
    [R5] ip route-static 4.4.4.0 24 10.1.45.4
    //ip route-static + 网络地址 + 掩码 + 下一跳IP (不写出接口)

    //如果是MA网络,则必须写下一跳,可以不写出接口:
    [R2]ip route-static 4.4.4.0 24 10.1.123.3

    //仅仅查看静态路由
    [R5]display ip routing-table protocol static


    缺省路由(默认路由)

    [R4]ip route-static 0.0.0.0 0 s0/0/0 10.1.45.5     
    //出接口和下一跳视情况而定


    动态路由分类

    动态路由协议能够自动发现和生成路由,并在拓扑变化时及时更新路由,可以有效减少管理人员工作量,更适用于大规模网络。



    按工作区域分类:

    • IGP(Interior Gateway Protocols,内部网关协议)
      • RIP
      • OSPF
      • IS-IS
    • EGP(Exterior Gateway Protocols,外部网关协议)
      • BGP

    按工作机制及算法分类:

    • (Distance Vector Routing Protocols,距离矢量路由协议)
      • RIP
    • (Link-State Routing Protocols,链路状态路由协议)
      • OSPF
      • IS-IS


    路由高级特性

    路由递归:
    • 路由必须有直连的下一跳才能够指导转发,但是路由生成时下一跳可能不是直连的,因此需要计算出一个直连的下一跳和对应的出接口,这个过程就叫做路由递归。
    • 路由递归也被称为路由迭代。

    示例:

    • 添加一条去往20.1.1.3的路由,下一跳为直连网络内的IP地址10.0.0.2。
    • 去往30.1.2.0/24的路由通过递归查询得到一个直连的下一跳,该路由因此生效。


    等价路由:
    • 路由表中存在等价路由之后,前往该目的网段的IP报文路由器会通过所有有效的接口、下一跳转发,这种转发行为被称为负载分担。
    [R4]dis ip routing-table protocol static


    浮动路由(备份路由)
    • 在路由表中只存在一条最优路由,当主路由产生故障,备份路由浮现
    //将主路由优先级数值改小,备份路由优先级数值改大(默认静态路由优先级数值为60 )
    [R4]ip route-static 5.5.5.5 32 s0/0/0 10.1.45.5 preference 61


    CIDR(路由汇总):无类域间路由

    路由汇总需求:

    • 子网划分、VLSM解决了地址空间浪费的问题,但同时也带了新的问题:路由表中的路由条目数量增加。
    • 为减少路由条目数量可以使用路由汇总。


    CIDR:

    • CIDR(classless inter-domain routing,无类别域间路由)采用IP地址加掩码长度来标识网络和子网,而不是按照传统A、B、C等类型对网络地址进行划分。
    • CIDR容许任意长度的掩码长度,将IP地址看成连续的地址空间,可以使用任意长度的前缀分配,多个连续的前缀可以聚合成一个网络,该特性可以有效减少路由表条目数量。


    有类:按照默认的子网掩码



    无类:不按照默认的子网掩码

    • 思路:通过将掩码缩小,扩大IP地址范围


    例子:
    用一条路由代替一下4条路由:
    192.168.12.0/22
    192.168.10.0/23
    192.168.14.0/23
    192.168.9.0/21

    解题:

    1. 先找到每条路由掩码部分
    2. 找出掩码网络位部分相同的,也就是蓝色圈出的部位,保留不变,剩余的全写为0
    3. 将二进制再次转换为十进制,掩码为刚刚相同的位数

    精确表示:172.16.0.0/18 (172.16.00000000.0/18)
    粗略:172.16.0.0/16





    END

    本文作者:Dark
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